孫德生

（牡丹江富通汽車空調(diào)有限公司，黑龍江 牡丹江 157003）

1 引言

汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)依靠汽車空調(diào)壓縮機工作。根據(jù)汽車空調(diào)壓縮機原理可以分為定排量和變排量壓縮機。定排量壓縮機的排氣量與汽車發(fā)動轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，不能根據(jù)實際制冷要求自動改變輸出功率。因此定排量壓縮機不僅燃油經(jīng)濟性低，對車內(nèi)熱環(huán)境穩(wěn)定較差。變排量壓縮機根據(jù)所設定溫度自動調(diào)節(jié)功率輸出，可以根據(jù)車內(nèi)溫度自動調(diào)節(jié)功率，保證車內(nèi)溫度恒定。變排量壓縮機汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)通過檢測汽車內(nèi)部負載變化實現(xiàn)對搖板角度、活塞行程改變，實現(xiàn)最小能耗下舒適車內(nèi)環(huán)境。變排量壓縮機根據(jù)汽車負載實時調(diào)整，確保汽車內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定前提下有效降低能耗。但是變排量壓縮機汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)長時間運行系統(tǒng)會振蕩和結(jié)霜。

2 變排量壓縮機汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)

2.1 變排量壓縮機汽車空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成

變排量壓縮機汽車空調(diào)系統(tǒng)的核心部件是變排量壓縮機，冷凝器、蒸發(fā)器等也是系統(tǒng)組成部分；此外包括輔助元件如連接管道等。變排量壓縮機汽車空調(diào)系統(tǒng)與定排量壓縮機汽車空調(diào)系統(tǒng)不同在于壓縮機排量不同。下面建立變排量壓縮機模型，分析變排量壓縮機特性。

2.2 變排量壓縮機模型建立

五缸變排量搖板式壓縮機的排量從在每轉(zhuǎn)20cm3到160 cm3內(nèi)可實現(xiàn)無級變化。根據(jù)變排量壓縮機機械原理和基本結(jié)構(gòu)建立變排量壓縮機簡化模型圖，如圖1所示。變排量壓縮機模型包括控制閥模型、壓縮機運動部件動力學模型和壓縮過程模型三部分。通過控制閥數(shù)學模型將搖板箱壓力、吸排氣壓力間聯(lián)系構(gòu)建起來；運動部件動力學模型可以建立活塞行程與排氣吸氣壓力、搖板箱壓力和轉(zhuǎn)速間關(guān)系。壓縮過程模型由吸氣壓力和溫度、排氣壓力和壓縮機轉(zhuǎn)速確定壓縮機制冷劑的流速和溫度。

變排量壓縮機運行中，活塞行程越大所受摩擦力矩越大，反之亦然。這是由于活塞行程較小時摩擦力矩與吸氣壓力所形成的的力矩具有相同方向；行程超過臨界值時，摩擦力矩與吸氣壓力形成的力矩方向相反。因此活塞行程增大過程中達到臨界值時吸氣壓力要大于行程減小時的臨界吸氣壓力。通過控制閥和運動部件動力學模型，可以將變排量壓縮機的不同排氣壓力、搖板角下行程增加和減小時的臨界吸氣壓力、及壓縮機的轉(zhuǎn)速計算出來。

考慮到汽車空調(diào)部件組成屬性及求解便利，將汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的冷凝器和儲液干燥器結(jié)合到一起。由于平行流冷凝器的傳熱管為多孔矩形，將冷凝器分為熱冷區(qū)以及中間區(qū)。將變排量壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器和儲液干燥器及熱力膨脹閥四部件穩(wěn)態(tài)模型有機結(jié)合到一起，形成變排量壓縮機汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模型。

3 變排量壓縮機特性分析

變排量壓縮機通常包括四種基本模式，四種模式分別對應著系統(tǒng)四種不同特性。變排量壓縮機使用中四種工作模式都會出現(xiàn)。因此分析變排量壓縮機在四種模式下的穩(wěn)態(tài)特性，可以對實際變排量壓縮機工作情況起到很好指導作用。

建立的模型中，假定變排量壓縮機系統(tǒng)的工作條件為每分鐘1500轉(zhuǎn)、1750轉(zhuǎn)、2000轉(zhuǎn)，Tcai=35℃，jeai=50%，蒸發(fā)器模擬汽車正常行駛時的環(huán)境，冷凝器所處的環(huán)境的風速是壓縮機正常轉(zhuǎn)速的0.25%。

（1）定轉(zhuǎn)速定行程時系統(tǒng)特性

變排量壓縮機處于定轉(zhuǎn)速和定行程的模式下，系統(tǒng)蒸發(fā)壓力Pe和制冷量Qe與蒸發(fā)器進口處的空氣溫度間關(guān)系如圖2所示。Pe和Qe都隨著蒸發(fā)器空氣進口處的溫度升高而增加，溫度降低而降低。隨著溫度升高，變排量壓縮機系統(tǒng)制冷量增加速度高于蒸發(fā)壓力。

圖1 壓縮機模型關(guān)系圖

圖2 定轉(zhuǎn)速定行程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性

圖3 變轉(zhuǎn)速變行程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性

（2）變速定行程時系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性

變排量壓縮機處于變速定行程的模式下，等同于是變頻壓縮機。變轉(zhuǎn)速定行程的工作模式模型建立通常是指將行程設置最大處，排量處于變化狀況。試驗表明變排量壓縮機處于該種工作模式下，壓縮機蒸發(fā)壓力和制冷量與蒸發(fā)器進口處的空氣溫度依然是成正比。變排量壓縮機處于該模式下，蒸發(fā)壓力和制冷量隨著蒸發(fā)器入口處空氣溫度的提高而提高但是不能升高太大，否則變排量壓縮機會毀壞。

（3）定轉(zhuǎn)速變行程時系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性

變排量壓縮機工作在定轉(zhuǎn)速變行程方式下，變排量壓縮機在正常情況下出現(xiàn)顯著調(diào)節(jié)滯區(qū)，變排量壓縮機工作在該區(qū)域內(nèi)時即便蒸發(fā)器吸氣壓力發(fā)生明顯變化，活塞行程會保持定值。調(diào)節(jié)滯區(qū)出現(xiàn)是變排量壓縮機系統(tǒng)在變速定行程工作模式下的特性。變排量壓縮機處于定轉(zhuǎn)速變行程工作模式下，一般是在調(diào)節(jié)滯區(qū)內(nèi)工作，最大化發(fā)揮變排量壓縮機性能，保證汽車內(nèi)環(huán)境舒適。

（4）變轉(zhuǎn)速變行程時系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性

變排量壓縮機工作在變轉(zhuǎn)速變行程的模式下，具有該模式下獨特性。圖3可知變排量壓縮機在變轉(zhuǎn)速和形成模式下，蒸發(fā)壓力Pe和制冷量Qe空氣溫度間關(guān)系。Pe-Teai和Qe-Teai關(guān)系均構(gòu)成性能帶，隨溫度增加性能帶也會向增加方向移動。

[1]田長青，等.變排量壓縮機汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)節(jié)流元件的配置[J].汽車技術(shù)，2001.